DE102009046653A1

DE102009046653A1 - Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem mit beheizbarem Widerstandsthermometer

Info

Publication number: DE102009046653A1
Application number: DE102009046653A
Authority: DE
Inventors: Arno Lang; Axel Pfau
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem zum Ermitteln des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr, wobei zumindest in eine erste Elektrode (1) ein erstes beheizbares Widerstandsthermometer (2) integriert ist und dass zumindest in eine zweite Elektrode ein zweites Widerstandsthermometer integriert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem und ein Verfahren zum Ermitteln des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr.
Herkömmliche thermische Durchflussmessgeräte verwenden üblicherweise zwei möglichst gleichartig ausgestaltete Temperatursensoren, die in, meist stiftförmigen, Metallhülsen, sog. Stingers, angeordnet sind und die in thermischem Kontakt mit dem durch ein Messrohr oder durch die Rohrleitung strömenden Medium sind. Für die industrielle Anwendung sind beide Temperatursensoren üblicherweise in ein Messrohr eingebaut; die Temperatursensoren können aber auch direkt in der Rohrleitung montiert sein. Einer der beiden Temperatursensoren ist ein sog. aktiver Temperatursensor, der mittels einer Heizeinheit beheizt wird. Als Heizeinheit ist entweder eine zusätzliche Widerstandsheizung vorgesehen, oder bei dem Temperatursensor selbst handelt es sich um ein Widerstandselement, z. B. um einen RTD-(Resistance Temperature Device)Sensor, der durch Umsetzung einer elektrischen Leistung, z. B. durch eine entsprechende Variation des Messstroms erwärmt wird Bei dem zweiten Temperatursensor handelt es sich um einen sog. passiven Temperatursensor: Er misst die Temperatur des Mediums.
Üblicherweise wird in einem thermischen Durchflussmessgerät der beheizbare Temperatursensor so beheizt, dass sich eine feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren einstellt. Alternativ ist es auch bekannt geworden, über eine Regel-/Steuereinheit eine konstante Heizleistung einzuspeisen.
Tritt in dem Messrohr kein Durchfluss auf, so wird eine zeitlich konstante Wärmemenge zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Temperaturdifferenz benötigt. Ist hingegen das zu messende Medium in Bewegung, ist die Abkühlung des beheizten Temperatursensors wesentlich von dem Massedurchfluss des vorbeiströmenden Mediums abhängig. Da das Medium kälter ist als der beheizte Temperatursensor, wird durch das vorbeiströmende Medium Wärme von dem beheizten Temperatursensor abtransportiert. Um also bei einem strömenden Medium die feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren aufrecht zu erhalten, ist eine erhöhte Heizleistung für den beheizten Temperatursensor erforderlich. Die erhöhte Heizleistung ist ein Maß für den Massedurchfluss bzw. den Massestrom des Mediums durch die Rohrleitung.
Wird hingegen eine konstante Heizleistung eingespeist, so verringert sich infolge des Durchflusses des Mediums die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren. Die jeweilige Temperaturdifferenz ist dann ein Maß für den Massedurchfluss des Mediums durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr.
Es besteht somit ein funktionaler Zusammenhang zwischen der zum Beheizen des Temperatursensors notwendigen Heizenergie und dem Massedurchfluss durch eine Rohrleitung bzw. durch ein Messrohr. Die Abhängigkeit des sog. Wärmeübertragungskoeffizienten von dem Massedurchfluss des Mediums durch das Messrohr bzw. durch die Rohrleitung wird in thermischen Durchflussmessgeräten zur Bestimmung des Massedurchflusses genutzt. Geräte, die auf diesem Prinzip beruhen, werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung ,t-switch', ,t-trend' oder 't-mass' angeboten und vertrieben.
Bisher wurden hauptsächlich RTD-Elemente mit wendelförmig gewickelten Platindrähten in thermischen Durchflussmessgeräten eingesetzt. Bei Dünnfilm-Widerstandsthermometern (TFRTDs) wird herkömmlicherweise eine mäanderförmige Platinschicht auf ein Substrat aufgedampft. Darüber wird eine weitere Glasschicht zum Schutz der Platinschicht aufgebracht. Der Querschnitt der Dünnfilm-Widerstandsthermometern ist im Unterschied zu den, einen runden Querschnitt aufweisenden RTD-Elementen, rechteckig. Die Wärmeübertragung in das Widerstandselement und/oder aus dem Widerstandselement erfolgt demnach über zwei gegenüberliegende Oberflächen, welche zusammen einen Großteil der Gesamtoberfläche eines Dünnfilm-Widerstandsthermometers ausmachen.
Magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtungen werden in Anlagen der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik oftmals zur Bestimmung des Volumen- bzw. Massedurchflusses verwendet. Für die volumetrische Strömungsmessung nutzen magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtungen das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Messstoffs induzieren im gleichfalls im Wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Messstoffs und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes angeordneten Elektroden eine Spannung. Die in dem Messstoff induzierte und mittels der Elektroden abgegriffene Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Messstoffs und somit zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Messstoffs bekannt, lässt sich der Massestrom in der Rohrleitung bzw. dem Messrohr bestimmen. Die Messspannung wird üblicherweise über das Elektrodenpaar abgegriffen, das in dem Bereich des Messrohres angeordnet ist, in dem die maximale Magnetfeldstärke und folglich die maximale Messspannung zu erwarten ist. Die Elektroden sind üblicherweise galvanisch mit dem Messstoff gekoppelt; es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtungen mit berührungslos kapazitiv koppelnden Elektroden bekannt.
Das Messrohr kann entweder aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. Edelstahl, gefertigt sein, oder aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Ist das Messrohr aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, so muss es in dem mit dem Messstoff in Kontakt kommenden Bereich mit einer Auskleidung, dem sog. Liner, aus einem elektrisch isolierenden Material ausgekleidet sein. Der Liner besteht je nach Temperatur und Messstoff beispielsweise aus einem thermoplastischen, einem duroplastischen oder einem elastomeren Kunststoff. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtungen mit einer keramischen Auskleidung bekannt geworden.
Bei der Verwendung von messstoffberührenden Elektroden bilden sich an der Grenzfläche zwischen der Elektrode und dem durch das Messrohr fließenden Messstoff galvanische Elemente, die ein elektrochemisches Störpotential verursachen. Dieses elektrochemische Störpotential ist veränderlich und abhängig von verschiedenen sich ändernden Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Druck, Zusammensetzung des Messstoffs, Material der Elektroden und Material des Messrohrs. Es versteht sich von selbst, dass ein sich über die Zeit änderndes elektrochemisches Potential die Messgenauigkeit einer herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung negativ beeinflusst. Galvanische Elemente, die ein elektrochemisches Störpotential verursachen, können auch durch einen von dem Messstoff auf den Elektroden oder auf der Auskleidung abgeschiedenen Belag entstehen. Ein solcher Belag kann zudem zu einer Verfälschung der Messwerte führen.
Die EP 1 387 148 A2 ist eine magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtung mit in den Elektroden integrierten Temperaturmesselementen offenbart, um temperaturbedingte und temperaturänderungsbedingte Verfälschungen des Messergebnisses zu vermeiden.
In der GB2212277A ist eine Kombination von Volumen- und Massenstrommessung für Gase beschrieben. Beide Verfahren sind bezüglich ihres Messbereichs des Durchflusses des Messmediums beschränkt. Die vorgeschlagene Kombination aus Vortex-Wirbel-Strömungsmesser und thermischer Massendurchflussmessung erweitert den Messbereich gegenüber dem, eines einzelnen Messprinzips. Eine Berechnung der Dichte des Messmediums ist im Überschneidungsbereich der beiden genannten Messprinzipien möglich. Eine Berechnung der Dichte des Messmediums außerhalb dieses Überschneidungsbereichs, die z. B. durch eine separate Bestimmung des Drucks des Messmediums möglich wäre, wird nicht vorgeschlagen, womit eine Berechnung des Massenstroms bei hohem Durchfluss aus der berechneten Dichte aus dem Überschneidungsbereich beider Messprinzipien und dem gemessenen Volumendurchfluss erfolgt. Weiterhin ist zur Temperaturdifferenzmessung ein Heizelement zur Aufheizung des Messmediums vorgeschlagen und Temperatursensoren, die in Strömungsrichtung vor und hinter dem Heizelement angebracht sind. Wie bereits erwähnt ist der Platzbedarf einer solchen Vorrichtung gegenüber einer Heizeinheit, welche einem Temperatursensor zugeordnet ist, wesentlich erhöht. Darüber hinaus ist keine Einheit vorgesehen, welche die räumliche Anordnung der beiden Messprinzipien zueinander und/oder die daraus resultierende gegenseitige Beeinflussung der Messprinzipien, beispielsweise den Einfluss der verwirbelten Strömung des Messmediums auf die thermische Massenstrommessung, berücksichtigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein magnetisch induktives Durchflussmesssystem bereit zu stellen mit einer verringerten Messunsicherheit und einem erweiterten Messbereich.
Die Aufgabe wird gelöst durch Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem zum Ermitteln des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr mit zumindest zwei Elektroden, wobei zumindest in eine erste Elektrode ein erstes beheizbares Widerstandsthermometer integriert ist und dass zumindest in eine zweite Elektrode ein zweites Widerstandsthermometer integriert ist. Die Elektroden bestehen dabei üblicherweise aus einem Metall oder einer metallischen Legierung, wie z. B. einem Edelstahl. Das beheizbare Widerstandsthermometer kann aus zwei separaten Elementen, einem Heizelement und einem Temperaturmesselement, bestehen. Integrierte beheizbare Widerstandsthermometer weisen jedoch ein beheizbares Temperaturmesselement als eine Einheit auf. Bekannt sind Pt100- oder Pt1000-Widerstandsthermometer.
Vorteile der Erfindung, neben der Messung der Prozesstemperatur und einem erweiterten Messbereich im Vergleich zur Verwendung beider einzelner Messprinzipien, ergeben sich durch eine verbesserte Leckagedetektion und durch die Möglichkeit, Belag auf den Elektroden, z. B. Fett oder Kalk, durch einen Heizimpuls zu entfernen.
Eine erste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Widerstandsthermometer, welches in die zweite Elektrode integriert ist, ebenfalls beheizbar ausgestaltet ist. Somit ist in beide Elektroden jeweils ein beheizbares Widerstandsthermometer integriert, womit abwechselnd ein Widerstandsthermometer beheizt werden kann, wobei das andere die Temperatur des Messmediums im Messrohr zur Verfügung stellt.
Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass zumindest die erste Elektrode eine Sacklochbohrung aufweist, in welche das erste beheizbare Widerstandsthermometer eingeführt ist, insbesondere die die Spitze der Sacklochbohrung, nahe der Bohrungsgrundfläche. Dabei können sowohl wendelförmige Widerstandsthermometer, als auch Dünnfilm-Widerstandsthermometer eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Durchflussmesssystems ist das erste beheizbare Widerstandsthermometer an einer Bohrungsgrundfläche der Sacklochbohrung befestigt, und das erste beheizbare Widerstandsthermometer ist von zumindest einem ersten Füllmaterial bedeckt ist. Die Befestigung in der Sacklochbohrung kann dabei z. B. durch einen Verguss aus wärmeleitendem oder thermisch leitendem Füllmaterial erfolgen. Dabei ist das beheizbare Widerstandsthermometer dann in Richtung des Messmediums von thermisch leitendem Füllmaterial umgeben und in die andere Richtung von thermisch isolierendem Füllmaterial. Thermisch leitendes Füllmaterial weist einen Wärmeleitkoeffizienten größer 5 W/mK auf. Der Sinn dieses Aufbaus ist, die Heizenergie in das Messmedium zu leiten. Dazu ist der Widerstandsthermometer rückwärtig, also auf seiner vom Messmedium abgewandten Seite, isoliert, auf seiner dem Messmedium zugewandten Seite jedoch, ist die Wärmeleitung durch diesen Aufbau begünstigt.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten beheizbaren Widerstandsthermometer und der Wand der Sacklochbohrung der ersten Elektrode eine Hülse aus thermisch isolierendem Material angeordnet ist. Die Hülse besteht z. B. aus einer Keramik. Thermisch isolierendes Material ist im Allgemeinen Material mit einem Wärmeleitkoeffizienten kleiner 1 W/mK. Die Hülse umgibt das Widerstandsthermometer zumindest zwischen der Wand der Sacklochbohrung in der Elektrode und dem Widerstandsthermometer, so dass die Wärmeenergie durch die Bohrungsgrundfläche vom beheizten Widerstandsthermometer auf das Messmedium übertragen wird oder umgekehrt. Die Hülse wird bei der Montage beispielsweise mit dem Widerstandsthermometer in die Elektrode eingeführt, und dort insbesondere eingepresst.
Weitergebildet ist zumindest das erste Widerstandsthermometer ein erstes Dünnfilm-Widerstandsthermometer. Dieses ist dann so in die erste Elektrode integrierbar, also insbesondere in der Sacklochbohrung bzw. auf dem Bohrungsgrund der Sacklochbohrung angeordnet, dass eine erste Flächennormale des ersten Dünnfilm-Widerstandsthermometers senkrecht auf einer Mittelachse des Messrohrs steht. Offensichtlich ist folgende Ausgestaltung, wo das erste und das zweite Widerstandsthermometer Dünnfilm-Widerstandsthermometer sind, welche so in die Elektroden integriert sind, dass die jeweiligen Flächennormalen auf den Dünnfilm-Widerstandsthermometern näherungsweise senkrecht auf einer Mittelachse des Messrohrs stehen.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass das erste Dünnfilm-Widerstandsthermometer so in die erste Elektrode, also insbesondere in die Sacklochbohrung, integriert ist, dass zumindest eine erste Mittelachse der ersten Elektrode parallel zur Flächennormalen des ersten Dünnfilm-Widerstandsthermometers ist. Das gleiche gilt für eine Ausgestaltung mit dem zweiten Widerstandsthermometer als Dünnfilm-Widerstandsthermometer.
In einer weiteren Weiterbildung des magnetisch-induktives Durchflussmesssystems ist zumindest die erste Elektrode eine, insbesondere zylindrische, Spitzelektrode oder eine, insbesondere zylindrische, Pilzkopfelektrode. Grundsätzlich sind sehr viele Elektrodenarten zur Verwendung in der Erfindung geeignet, welche dem Fachmann auf dem Gebiet der magnetisch-induktives Durchflussmesstechnik bekannt sind.
Die Schwierigkeit ist, die Wärme in das Messmedium zu leiten und nicht das Gehäuse bzw. die Elektrode zu heizen, um eine hohe Sensitivität zu erreichen. Dazu ist ein bestimmter konstruktiver Aufbau des Messsystems nötig, wie durch diese beiden, explizit genannten Elektrodenformen offenbart.
Dadurch begründet ist auch die folgende Weiterbildung der Erfindung, wobei zumindest die erste Elektrode eine Außenfläche aufweist, welche im Betriebszustand das Messmedium im Messrohr berührt, wobei der Abstand zwischen erstem beheizbarem Widerstandsthermometer und Außenfläche der Elektrode parallel zu einer Mittelachse der ersten Elektrode höchstens 2 mm beträgt.
Bei einer Ausgestaltung mit dem ersten Widerstandsthermometer in der Sacklochbohrung fixiert, beträgt die Dicke der Elektrode zwischen Bohrungsgrund und Außenfläche senkrecht zum Bohrungsgrund maximal 2 mm.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist der kleinste Abstand zumindest des beheizbaren ersten Widerstandsthermometers zur Messrohrmittelachse kleiner als der Radius des Messrohrs, also dessen Abstand von Messrohrmittelachse zu seiner Innenwand. Das Widerstandsthermometer sollte möglichst weit in das Messmedium hineinragen. In einer Beispielausführung ragt entsprechend die Elektrode, bzw. zumindest deren Außenfläche, welche das Messmedium berührt, in das Messrohr hinein, und die Sacklochbohrung führt ihrerseits soweit in die Elektrode hinein, so dass der Bohrungsgrund innerhalb des Messrohrs liegt, d. h. dass der Abstand von Bohrungsgrund senkrecht zur Messrohrmittelachse kleiner ist, als der Radius des Messrohrs an der betreffenden Stelle. Wird nun z. B. ein Dünnfilm-Widerstandsthermometer am Bohrungsgrund fixiert, kann es vollständig in das Messrohr hineinragen.
Des weiteren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr mit einem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmesssystem, wobei mindestens ein erster Durchfluss-Messwert Q₁ mittels eines thermischen Durchflussmessverfahrens ermittelt wird und dass mindestens ein zweiter Durchfluss-Messwert Q₂ mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessverfahrens ermittelt wird, wobei ein dritter Durchfluss-Messwert Q₃ ausgegeben wird, welcher sich errechnet über die Funktion Q₃ = x·Q₁ + (1 – x)·Q₂, mit x(Q₁) ≥ x(Q₂) für Q₁ < Q₂.
Gemäß einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein erster Duschfluss-Messwert Q₁ mittels eines thermischen Durchflussmessverfahrens ermittelt und mindestens ein zweiter Durchfluss-Messwert Q₂ wird mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessverfahrens ermittelt, wobei der erste Durchfluss-Messwert Q₁ ausgegeben wird, wenn er unterhalb eines vorgegebenen ersten Grenzwerts G₁ liegt und wobei der zweite Durchfluss-Messwert Q₂ ausgegeben wird, wenn er oberhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzwerts G₂ liegt. Der erste Durchfluss-Messwert wird mit dem ersten Grenzwert verglichen. Ist er niedriger, wird er ausgegeben. Ist hingegen der zweite Durchfluss-Messwert, welcher mit dem zweiten Grenzwert verglichen wird, höher als der zweite Grenzwert, so wird dieser ausgegeben. D. H. also dass in einem low-Flow- oder Niedrigdurchfluss-Bereich das Messsignal des thermischen Massenstrommessers zur Berechnung des Durchflusses herangezogen wird und dass in einem high-Flow- oder Hochdurchfluss-Bereich das Messsignal des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts herangezogen wird, wobei die Grenzen von einem physikalischen Parameter, insbesondere der Dichte, des Messmediums abhängen.
In einer Ausgestaltung können der erste und der zweite Grenzwert zusammenfallen, es gilt G₁ = G₂, in einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Grenzwert kleiner als der zweite Grenzwert, G₁ < G₂. Zwischen den Grenzwerten wird dann ein dritter Durchfluss-Messwert ausgegeben, welcher aus einem gewichteten Mittel des ersten und des zweiten Durchfluss-Messwerts berechnet wird.
So gilt beispielsweise x = 1 für Q₁ < G₁ und x = 0 für Q₂ > G₂ und x = 1 – Q₁ – G₁ / G₂ – G₁ für G₁ ≤ Q₁ ≤ G₂. Oder es gilt x = 1 für Q₁ < G₁ und x = 0 für Q₂ > G₂ und x = (1 – Q₁ – G₁ / G₂ – G₁ )²)² für G₁ ≤ Q₁ ≤ G. Anstatt des gewichteten Mittelwerts zwischen beiden Grenzwerten, wie voranstehend vorgeschlagen, könnte auch ein einfacher Mittelwert aus erstem und zweiten Durchfluss-Messwert errechnet und als dritter Durchfluss-Messwert ausgegeben werden. Dies könnte den Nachteil haben, dass es zu Sprüngen in einer über den gesamten Messbereich unstetigen Funktion des ausgegebenen Durchfluss-Messwerts kommt. Anstatt, wie hier gezeigt, den ersten Durchfluss-Messwert zur Berechnung der Variable x heranzuziehen, könnte auch der zweite Durchfluss-Messwert herangezogen werden. Weitere Alternativen sind denkbar und sollen hier nicht ausgeschlossen werden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass mittels des ersten Durchfluss-Messwerts und mittels des zweiten Durchfluss-Messwerts, in Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des Messmediums und des Durchmessers des Messrohrs, die Dichte des Messmediums im Messrohr ermittelt und ausgegeben wird. Die Dichte ergibt sich aus der Division des durch das thermische Messprinzip gemessenen Massenstroms durch den durch das magnetisch-induktive Messprinzip gemessenen Volumenstrom.
In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Kenntnis der Dichte des Messmediums im Messrohr die Füllstandshöhe des Messmediums im Messrohr mittels des ersten Durchfluss-Messwerts und des zweiten Durchfluss-Messwerts ermittelt und ausgegeben. Entspricht das Verhältnis der beiden Durchflösse nicht der Dichte sondern weicht davon signifikant ab, lässt sich die Abweichung mit dem Füllstand erklären. Über eine Proportionalitätsbeziehung kann der Füllstand bestimmt werden.
Mit bekannter Dichte des Messmediums ist dessen Durchfluss durch teilweise gefüllte Messrohre ermittelbar. Dabei ist der Füllstand des Messmediums mindestens so bemessen, dass das Messmedium die Elektroden vollständig einschließt. Ab dieser Füllstandshöhe ist dann sowohl der Füllstand, als auch der Durchfluss ermittelbar.
In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste Durchfluss-Messwert mit dem zweiten Durchfluss-Messwert verglichen und ein Alarm wird ausgegeben, wenn eine Abweichung von erstem Durchfluss-Messwert zum zweiten Durchfluss-Messwert größer als 0.5% beträgt.
Bei einer außergewöhnlichen Abweichung eines Messsignals eines der beiden Messprinzipien wird ein Alarm ausgegeben. Dies kann z. B. infolge einer Leckage an einer Elektrode der Fall sein, als auch bei einer Fehlfunktion eines der beiden Messprinzipien oder bei einer starken Ansatzbildung an den Elektroden. Dadurch ist dieses Verfahren sowohl zur Leckagedetektion als auch zur Diagnose des Messsystems einsetzbar.
Des weiteren wird in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass sowohl das erste als auch das zweite Widerstandsthermometer beheizbar ausgestaltet sind, und dass beide beheizbaren Widerstandsthermometer soweit aufgeheizt werden, dass sich ein Ansatz an den Elektroden von den Elektroden löst. Setzt sich z. B. Kalk oder Fett an den Elektroden, insbesondere den Außenflächen der Elektroden, fest, wird dieser Ansatz oder Belag durch einen Heizimpuls erhitzt und z. B. verflüssigt oder verdampft.
Weiterhin gelöst wird die Aufgabe der Erfindung mit der Verwendung eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zum Ermitteln eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr, wobei das Messmedium eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 5 μS/cm aufweist. Insbesondere die Durchflösse von flüssigen Messmedien können mit diesem Verfahren ermittelt werden, aber z. B. auch von feststoffbeladenen flüssigen Messmedien oder von flüssigen Messmedien mit Gasblaseneinschlüssen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Elektrode eines magnetisch-induktiven Durchflussmesssystems.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Elektrode 1 eines magnetisch-induktiven Durchflussmesssystems dargestellt. Diese wird in eine Wand eines Messrohrs, das ein Lumen zum Führen eines zumindest geringfügig elektrisch leitfähigen Messmediums aufweist, eingesetzt, so dass zumindest ihre Außenfläche 7 das Messmedium im Messrohr berühren kann. Hier ist eine modifizierte Pilzkopfelektrode dargestellt, mit einer doppelt gewölbten Außenfläche 7.
Die Elektrode 1 weist eine Sacklochbohrung 4 parallel zur Elektrodenmittelachse auf. Ein beheizbares Dünnfilm-Widerstandsthermometer 2 ist an der Bohrungsgrundfläche 5 fixiert, beispielsweise angeklebt und damit in die Elektrode 1 integriert. Die Bohrungsgrundfläche 5 ist hier eben, genau wie das beheizbare Dünnfilm-Widerstandsthermometer 2. Wenn nun die Elektrode 1 mit ihrer Mittelachse senkrecht zur Messrohrmittelachse im Messrohr angeordnet ist, so steht die Flächennormale 3 des beheizbaren Dünnfilm-Widerstandsthermometers 2, welche hier mit der Mittelachse der Elektrode 1 zusammenfällt, ebenfalls senkrecht auf der Messrohrmittelachse.
Der Raum hinter dem Widerstandsthermometer 2 der Sacklochbohrung 4, also das Lumen in der Elektrode 1 welche durch die Sacklochbohrung 4 definiert ist, könnte nun mit einem thermisch isolierenden Füllmaterial ausgefüllt werden, welches das Widerstandsthermometer 2 rückwärtig thermisch isoliert. So findet ein Wärmeaustausch vorrangig zwischen Messmedium und Widerstandsthermometer 2 statt und nicht zwischen Widerstandsthermometer 2 und Messrohr. Das Füllmaterial ist hier nicht dargestellt. Eine ebenfalls thermisch isolierende Hülse 9 liegt an den Wand 6 der Sacklochbohrung 4 an und trennt die Wand 6 der Sacklochbohrung 4 vom Widerstandsthermometer 2. Dies ist ein Beispiel, wie verhindert wird, dass zu viel Wärme an die Elektrode 1 abgegeben wird.
Die Sacklochbohrung 4 ist tief in die Elektrode 1 hineingeführt, womit das Widerstandsthermometer 2 weit in der Spitze der Elektrode angeordnet ist. Die Elektrode 1 weist neben der Außenfläche 7, welche im Betrieb mit dem Messmedium in Kontakt steht, eine weitere Fläche, die Linerkontaktfläche 8, auf, welche im montierten zustand mit dem Messrohr bzw. einer Auskleidung des Messrohrs, einem so genannten Liner, in Kontakt steht. Die Elektrode 1 ragt somit zwischen ihrer Linerkontaktfläche 8 und ihrer Außenfläche 7 in das Lumen des Messrohrs hinein. Da, wie hier gezeigt, das Widerstandsthermometer 2 in Richtung der Messrohrachse ebenfalls zwischen Linerkontaktfläche 8 und Außenfläche 7 liegt, befindet ragt das Widerstandsthermometer 2 ebenfalls weit in Messmedium hinein.
Bezugszeichenliste

1: Elektrode
2: Widerstandsthermometer
3: Flächennormale des Dünnfilm-Widerstandsthermometers
4: Sacklochbohrung
5: Bohrungsgrundfläche der Sacklochbohrung
6: Wand der Sacklochbohrung
7: Außenfläche der Elektrode
8: Linerkontaktfläche der Elektrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1387148 A2 [0011]
GB 2212277 A [0012]

Claims

Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem zum Ermitteln des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in eine erste Elektrode (1) ein erstes beheizbares Widerstandsthermometer (2) integriert ist und dass zumindest in eine zweite Elektrode ein zweites Widerstandsthermometer integriert ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Widerstandsthermometer beheizbar ausgestaltet ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Elektrode (1) eine Sacklochbohrung (4) aufweist, in welche das erste beheizbare Widerstandsthermometer (2) eingeführt ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste beheizbare Widerstandsthermometer (2) an einer Bohrungsgrundfläche (5) der Sacklochbohrung (4) befestigt ist, und dass das erste beheizbare Widerstandsthermometer (2) von zumindest einem ersten Füllmaterial bedeckt ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten beheizbaren Widerstandsthermometer (2) und der Wand (6) der Sacklochbohrung (4) der ersten Elektrode (1) eine Hülse aus thermisch isolierendem Material angeordnet ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Widerstandsthermometer (2) ein erstes Dünnfilm-Widerstandsthermometer ist, welches so in die erste Elektrode (1) integriert ist, dass eine erste Flächennormale (3) des ersten Dünnfilm-Widerstandsthermometers senkrecht auf einer Mittelachse des Messrohrs steht.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dünnfilm-Widerstandsthermometer so in die erste Elektrode (1) integriert ist, dass zumindest eine erste Mittelachse der ersten Elektrode (1) parallel zur Flächennormalen des ersten Dünnfilm-Widerstandsthermometers ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Elektrode (1) eine Spitzelektrode oder eine Pilzkopfelektrode ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Elektrode (1) eine Außenfläche (7) aufweist, welche im Betriebszustand das Messmedium im Messrohr berührt, wobei der Abstand zwischen erstem beheizbarem Widerstandsthermometer (2) und Außenfläche (7) der Elektrode (1) parallel zu einer Mittelachse der ersten Elektrode (1) höchstens 2 mm beträgt.
Verfahren zum Ermitteln eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Durchfluss-Messwert Q₁ mittels eines thermischen Durchflussmessverfahrens ermittelt wird und dass mindestens ein zweiter Durchfluss-Messwert Q₂ mittels eines magnetisch-induktiven Durchflussmessverfahrens ermittelt wird, wobei ein dritter Durchfluss-Messwert Q₃ ausgegeben wird, welcher sich errechnet über die Funktion Q₃ = x·Q₁ + (1 – x)·Q₂, mit x(Q₁) ≥ x(Q₂) für Q₁ < Q₂.
Verfahren zum Ermitteln eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Durchfluss-Messwert Q₃ dem ersten Durchfloss-Messwert Q₁ entspricht wenn dieser unterhalb eines vorgegebenen ersten Grenzwerts G₁ liegt und dass der dritte Durchfluss-Messwert Q₃ dem zweiten Durchfluss-Messwert Q₂ entspricht, wenn dieser oberhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzwerts G₂ liegt.
Verfahren zum Ermitteln eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Durchfluss-Messwerts Q₁ und mittels des zweiten Durchfluss-Messwerts Q₂, in Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des Messmediums und des Durchmessers des Messrohrs, die Dichte des Messmediums im Messrohr ermittelt und ausgegeben wird.
Verfahren zum Ermitteln eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Kenntnis der Dichte des Messmediums im Messrohr die Füllstandshöhe des Messmediums im Messrohr mittels des ersten Durchfluss-Messwerts Q₁ und des zweiten Durchfluss-Messwerts Q₂ ermittelt und ausgegeben wird.
Verfahren zum Ermitteln eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchfluss-Messwert Q₁ mit dem zweiten Durchfluss-Messwert Q₂ verglichen wird und ein Alarm ausgegeben wird, wenn eine Abweichung von erstem Durchfluss-Messwert Q₁ zum zweiten Durchfluss-Messwert Q₂ größer als 0,5 Prozent ermittelt wird.